Nedavno je Državni ključni laboratorij za fiziku lasera jakog polja pri Šangajskom institutu za optiku i precizne strojeve (SIPM) Kineske akademije znanosti (CAS) postigao novi napredak u generiranju kratkovalnog infracrvenog vrtložnog pulsa na skali teravatnog ciklusa. Istraživački tim kombinirao je novu tehniku modulacije optičkog polja s optičkim parametarskim pojačavanjem chirped pulsa (OPCPA) kako bi ostvario izlaz visokoenergetskog vrtložnog lasera. Na temelju kaskadne tehnike naknadne kompresije nelinearnih impulsa tankog filma, po prvi put je ostvaren izlaz kratkovalnih infracrvenih vrtložnih impulsa na skali teravatnog perioda. Rezultati su objavljeni u časopisu Ultrafast Science pod naslovom "Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser".
Vrtložna svjetlost je prostorno strukturirana zraka sa spiralnom valnom frontom, koja se naširoko koristi u kvantnoj informaciji, mikroskopiji visoke razlučivosti i optičkim pincetama zbog svoje toroidalne prostorne distribucije intenziteta i karakteristike prijenosa orbitalnog kutnog momenta. Dodatno, spajanje orbitalnog kutnog momenta u ultra-intenzivne ultrakratke lasere može pružiti moćnu tehničku podršku i potpuno nova eksperimentalna sredstva za vrtložnu fiziku jakog polja i nelinearne vrtložne fenomene. Vrtložni laseri s periodima visokog intenziteta imaju širok raspon primjena u pokretanju vrtložnih zraka čestica i sekundarnog zračenja (npr. izolirani atosekundni optički vrtlozi, terahercni vrtlozi). Međutim, generiranje ultrakratkih vrtložnih impulsa visokog intenziteta još uvijek je u fazi istraživanja zbog poteškoća u održavanju strukture vrtložne faze za lasersko pojačanje i kompresiju.
Slika 1 Dijagram eksperimentalne postavke
Slika 2 (a, c, e) Mape vrtložnih točaka prvog, drugog i trećeg reda pojačanog izlaza OPCPA; (b, d, f) žarišne pruge leće stupca vrtložne zrake.
U ovoj studiji istraživači su ostvarili visokoenergetski vorteks laserski izlaz od 1,45 μm kombiniranjem prostorne fazne modulacije s OPCPA tehnikom i potvrdili stabilnost prijenosa izlaznog vorteks lasera u prostoru. Na temelju tehnike kaskadne post-pulsne kompresije tankog filma, kratkovalni infracrveni vrtložni impuls na teravatnoj skali od 13,7 mJ/10,59 fs po prvi se put realizira bez uništavanja strukture vrtložne faze. Ova shema može pružiti tehničku podršku za fenomene nelinearnih vrtloga i pružiti osnovu za proučavanje fizike ultrabrzog orbitalnog kutnog momenta.
Slika 3 Mjerenje komprimiranog vrtložnog impulsa u vremenskoj domeni
